DE19852390A1 - Analysenvorrichtung umfassend einen Gaschromatographen mit einer Säule und einen Pyrolysator sowie Block hoher Wärmeleitfähigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Analysenvorrichtung, umfassend einen Gaschromatographen 1 mit einer Säule 2 und einen Pyrolysator 10 sowie Block hoher Wärmeleitfähigkeit. DOLLAR A Werden Gaschromatographen in Verbindung mit Pyrolysevorrichtungen betrieben, so besteht nach dem Stand der Technik das Problem, daß insbesondere höhermolekulare Komponenten des Pyrolytats entlang der Wegstrecke in den Gaschromatographen 1 an kalten Zonen kondensieren, wodurch sie der Analyse entzogen werden und verfälschte Meßergebnisse entstehen. Erfindungsgemäß wird entlang der Wegstrecke entlang des Ausgangsbereiches des Pyrolysators 10 und dem Eingangsbereich des Gaschromatographen 1 ein Messingblock 5 angebracht, welcher die Säule 2, die unmittelbar am Pyrolysatorausgang angeschlossen ist, umhüllt. In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung befindet sich die Säule 1 in einem Röhrchen 4, welches den Metallblock 5 durchläuft, welcher vorzugsweise mit einem Isolatormaterial, wie Keramik, umwickelt ist. Hierdurch wird ein Abkühlen des Pyrolysegases durch Wärmeabfluß vermieden. Die Splitabzweigung erfolgt am Reduzierstück 9, wodurch eine einfache Splitregelung möglich wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Analysenvorrichtung, umfas­ send einen Gaschromatographen mit einer Säule und einen Pyrolysator sowie einen Block hoher Wärmeleitfähigkeit.

Die in der chemischen Analyse eingesetzten Gaschromato­ graphen besitzen einen Injektor, an den die gaschroma­ tographischen Trennsäulen angebracht sind. Die Injekto­ ren befinden sich im Eingangsbereich des Gaschromato­ graphen und sind in der Regel so aufgebaut, daß sie ein Septum aufweisen, welches den Eintritt einer Nadel in den Injektorraum ermöglicht. An der dem Septum gegen­ überliegenden Seite des Injektors ist die Eingangsstelle der gaschromatographischen Säule gasdicht angebracht. Vom Injektor zweigt in der Regel eine Splitleitung ab, welche mit einem Nadelventil ausgestattet ist. Diese Splitleitung mit dem Nadelventil ermöglicht eine gezielte Verringerung der in die Säule eintretenden Pro­ bemenge. Ist die zu untersuchende Probe das Pyrolysat eines Feststoffes, wird in der Regel so vorgegangen, daß der Feststoff in einem Curie-Punkt-Pyrolysator auf die Curie-Temperatur erhitzt und dadurch verdampft bzw. zer­ setzt wird. Das Pyrolysat wird mit dem Gasstrom über den Injektor des Gaschromatographen auf die gaschromatogra­ phische Säule gebracht. Zwischen dem Pyrolysator und dem Septum des Injektors befindet sich dabei ein Adapter, welcher einen passenden Anschluß für den jeweiligen Py­ rolysator aufweist. Durch eine Leitung, die vom Pyroly­ sator ausgeht, den Adapter durchläuft und das Septum durchsticht, wird nun das zu analysierende Gas in den auf ungefähr 270°C geheizten Injektor eingebracht.

Mit diesem Aufbau sind jedoch einige Nachteile verbun­ den. So durchläuft das mit Pyrolysat angereicherte Gas, welches den Pyrolysator verläßt, den Adapter und kommt somit in eine Zone, die gegenüber der Pyrolysatortempe­ ratur abgekühlt ist. Infolge dieser Abkühlung bildet sich ein Niederschlag, insbesondere der höher molekula­ reren Kondensatbestandteile, an den Innenwänden der Gas­ leitung. Infolge gelangen nicht mehr alle Komponenten in den Gaschromatographen und es kommt zu falschen Analy­ seergebnissen. Weiterhin kann das temperaturempfindliche Septum des Injektors den hohen Temperaturen der das Septum durchstechenden Leitung nicht standhalten, wenn der Adapter mit einer Zusatzheizung beheizt wird. Es kommt zu Beschädigungen des Septums, wodurch Sauerstoff der Umgebungsluft in den Injektorraum eintritt. Mit dem Eintritt des Sauerstoffs in den Injektorraum wird zwangsläufig auch die gaschromatographische Trennsäule mit Sauerstoff durchströmt, wodurch die Belegung der Säule zerstört wird. Dies führt wiederum zu schlechten Analyseergebnissen und zu häufigem Austausch der teuren Trennsäulen. Weiterhin treten bei der Verwendung einer Nadel Splitverluste auf. Beim Eintritt des zu analysie­ renden Pyrolysats in den Injektorraum können Turbulenzen auftreten, die zu einer inhomogenen Verteilung der zu untersuchenden Substanz im Injektorraum und damit ver­ bunden zu fehlerhaften Ergebnissen führt, wenn ein Split verwendet wird.

In einer alternativen Ausgestaltung eines Versuchsauf­ baus mit einem Pyrolysator und Gaschromatographen wird die Säule durch den Injektor geführt und direkt über ein Reduzierstück mit dem Pyrolysator verbunden. Bei diesem Aufbau fehlt es an einem Split und es treten ebenfalls starke Temperaturgefälle auf, die zu Kondensation des Pyrolysats in den Zonen tieferer Temperatur und dadurch zu verfälschten Ergebnissen führen.

Beide Analysenvorrichtungen sind umständlich in der Handhabung.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Analysen­ vorrichtung zu schaffen, welche den Eintrag aller bei der Pyrolyse entstandenen Komponenten in den Injektor ermöglicht, und einen häufigen und teuren Austausch von Trennsäulen verhindert. Ein Sauerstoffeintrag in die Säule soll verhindert werden. Weiterhin soll die Regu­ lierung des Splitgasstroms, insbesondere bei Hinter­ druckregelung, vereinfacht werden.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Mit der erfindungsgemäßen Analysenvorrichtung ist es nunmehr möglich, Analysengas, welches Pyrolysat enthält, in chemisch unveränderter Zusammensetzung und ohne Einströmen von Sauerstoff in die gaschromatographische Trennsäule einzubringen. Das Splitverhältnis kann auf einfache Weise leicht handhabbar verändert werden. Die Lebensdauer der Säulen wird erhöht und dadurch werden Kosten gespart. Fehlerhafte Ergebnisse durch Inhomogeni­ tät des zu analysierenden Gases durch Turbulenzen im In­ jektorraum werden vermieden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Analysenvor­ richtung in schematischer Form.

Es zeigt:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Analysenvorrichtung.

Fig. 2: einen Detailausschnitt der erfindungsgemäßen Analysenvorrichtung in Form eines Röhrchens.

Fig. 3: einen erfindungsgemäßen Metallblock.

Die in Fig. 1 dargestellte Analysenvorrichtung zeigt einen Gaschromatographen 1, dessen Säule 2, durch den Injektor 3, in einem Röhrchen 4 fortgeführt wird, wel­ ches von einem Metallblock 5 aufgenommen wird. Das Röhrchen 4 hat einen Innendurchmesser, der im wesentli­ chen dem Außendurchmesser der Säule 2 entspricht und weitet sich an der dem Gaschromatographen 1 abgewandten Seite zu einem Hohlraum 6 auf, der mit einem Dichtmittel 7 gegen den Eintritt von Luft isoliert ist und ausgangs­ seitig mit einem Innengewinde 8 ausgestattet ist. Das Röhrchen 4 wird von dem Metallblock 5, welcher wärmelei­ tend ist und vorzugsweise aus Messing besteht, umschlos­ sen. In das Innengewinde 8 des Röhrchens 4 greift ein Reduzierstück 9 ein, welches mit dem Pyrolysator 10 in Verbindung steht und mit einer Splitleitung 11 mit Na­ delventil 12 ausgestattet ist. Der Metallblock 5 steht in Kontakt zu dem Gaschromatographen 1 und dem Pyrolysa­ tor 10. Vor dem Reduzierstück 9 endet ein Pyrolysen­ röhrchen 16.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Röhrchen 4 mit dem Hohlraum 6, in den das Dichtmittel 7 aufgenommen wird, und dem Innengewinde 8 zur Verbindung mit dem Re­ duzierstück 9 und der Splitleitung 11.

Fig. 3 zeigt einen Metallblock 5, mit einer Ausfräsung 12 für die Aufnahme des in Fig. 1 nicht dargestellten Injektorkopfes, einer Ausfräsung 13 für die Aufnahme des Pyrolysators 10, sowie einen Durchtritt 14 für die Auf­ nahme des Röhrchens 3. An der Ausfräsung 12 für die Auf­ nahme des Injektorkopfes sind Gewinde 15a,b angebracht, die eine Stabilisierung des Metallblocks 5 an dem Injek­ tor 3 ermöglichen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Analysenaufbaus sol­ len im folgenden beispielhaft erläutert werden.

Bei der gaschromatographischen Analyse von Pyrolysaten wird die zu untersuchende Probe in ein Pyrolyseröhrchen 16 eingebracht und im Pyrolysator 10 auf die notwendige Curie-Temperatur erhitzt und die Pyrolysate durch einen Fasstrom eluiert. Im Hohlraum 6 des Röhrchens 4 befindet sich das Dichtmittel 7, welches den Eintritt von Luft in die Säule 2 verhindert. Die Säule 2 wird durch das Röhrchen 4 bis in den Injektor 3 geführt. Das Röhrchen 4 ist von dem Metallblock 5, welcher vorzugsweise aus Mes­ sing besteht umschlossen. Es durchläuft eine Bohrung des Metallblockes 5, die im wesentlichen den gleichen Durch­ messer aufweist, wie der Außendurchmesser des Röhrchens 4. Erfindungsgemäß hat dieser Messingblock die Eigen­ schaft, Wärme sowohl von dem aufgeheizten Pyrolysator als auch vom aufgeheizten Gaschromatographen aufzuneh­ men. Er dient als Wärmespeicher und verhindert kalte Zo­ nen entlang der Wegstrecke, die das Pyrolysat in den Gaschromatographen 1 zurücklegt. Es wird daher auf energiesparende Weise eine Kondensation insbesondere hö­ hermolekularer Pyrolysate an den Wänden das Röhrchens 4 und damit Verbunden, eine Verfälschung des Analysener­ gebnisses verhindert. Die Aufheizzeit für den Metall­ block 5 entspricht im wesentlichen der Aufheizzeit für den Pyrolysator 10, die der geschwindigkeitsbestimmende Schritt für die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.

Das Röhrchen 4 ragt mit der Säule 2 vorzugsweise in den Injektorraum 3 hinein. Das Röhrchen 4 wird durch den In­ jektor 3 beheizt. Eine Wärmeleitung vom Injektor 3 des Gaschromatographen 1 über das Röhrchen 4 in den Metall­ block 5 verkürzt die Aufheizzeit und verbessert die Wär­ meverteilung im Metallblock 5. In einer besonders prak­ tikabelen Ausführungsform hat das Röhrchen 4 mit 1 mm In­ nendurchmesser und ≦ 6,2 mm Außendurchmesser einen be­ sonders guten Wärmekontakt mit der Säule 2. Weiterhin stellt das Röhrchen 4 eine mechanische Stütze dar und dient mit dem Metallblock 5 als Stabilisierung des Pyro­ lysator 10.

In einer weniger bevorzugten Ausführungform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, wird die Säule 2 ohne ein Röhrchen 4 durch den Metallblock 5 geführt, der in ana­ loger Weise wie das Röhrchen 4, Dichtmittel 7 und Ver­ bindungsmittel 8 für das Reduzierstück 9 aufweist.

Als Dichtmittel 7 werden vorzugsweise Graphitdichtungen eingesetzt, es können jedoch auch abhängig von der Art der Reduzierstückes 9, andere Arten von Dichtungen be­ nutzt werden, wie ein Vespel oder ein graphitisiertes Vespel. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, weist der Metallblock 5 wie in Fig. 3, Ge­ winde 15a,b für die Aufnahme von Schrauben zur zusätzli­ chen Befestigung am Injektorkopf des Gaschromatographen 1 auf. In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist der Metallblock 5 mit Isolatormaterial umgeben, wel­ ches einen Abfluß von Wärme verhindert. Dieses Isolator­ material kann beispielsweise ein Keramikband sein, wel­ ches um den Metallblock 5 gewickelt wird. Die Ausgestal­ tung des Metallblocks 5 kann unterschiedlich sein. So werden die Kontaktstellen für die Verbindung mit dem Gaschromatographen 1 und dem Pyrolysator 10 von Fall zu Fall abweichend sein. In einer in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform, beinhaltet der Metallblock 5 Ausfräsungen, 13, 14 für die Aufnahme von aus dem Gas­ chromatographen 1 austretenden Endstücken des Injektor­ kopfes und des Endstückes des Pyrolysators 10. Für den Fall, daß die Kontaktstellen des Gaschromatographen 1 und des Pyrolysators 10 glatt ausgebildet sind und keine aus der Ebene austretenden Adapterteile oder Endstücke aufweisen, können derartige Ausfräsungen auch entfallen, so daß der Metallblock 5 lediglich eine Bohrung für die Aufnahme des Röhrchens 4 hat oder in der einfachsten Form eine feine Bohrung für die Aufnahme der Säule 2 be­ sitzt.

Erfindungsgemäß befindet sich die Splitleitung 11 vor dem Eingang in die Säule 2. Dies ermöglicht eine leichte Handhabung der Spliteinstellung.

Der erfindungsgemäße Versuchsaufbau ist mit Gaschromato­ graphen verschiedener Hersteller möglich, ohne daß her­ stellerspezifische Adapter gekauft werden müssen. Bei wechselndem Betrieb verschiedener Geräte können somit Kosten für Zusatzteile gespart werden. Erfindungsgemäß wird entlang der Wegstrecke entlang des Ausgangsberei­ ches des Pyrolysators 10 und dem Eingangsbereich des Gaschromatographen ein Block angebracht, welcher die Säule die unmittelbar am Pyrolysatorausgang angeschlos­ sen ist, umhüllt und aus einem Material hoher Wärmeleit­ fähigkeit besteht. Dadurch kann auf wirtschaftliche Weise mit einfacher Handhabung eine an Probensubstanz verlustfreie Analyse durchgeführt werden. Der Tempera­ turabfall wird auf höchstens 10°C beschränkt.

Claims (12)

1. Analysenvorrichtung umfassend einen Gaschromatogra­ phen (1), eine Säule (2)und einen Pyrolysator (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (2) über ein gasdichtes Verbindungs­ teil (9) mit dem Pyrolysator (10) in Verbindung steht und zwischen dem Pyrolysator (10) und dem Ein­ gangsbereich des Gaschromatographen (1) einen Block hoher Wärmeleitfähigkeit (5) durchläuft.

2. Analysenvorrichtung nach Anspruch 1, daß der Block hoher Wärmeleitfähigkeit (5) aus Metall ist.

3. Analysenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Block hoher Wärmeleitfähigkeit (5) ein Mes­ singblock ist.

4. Analysenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (2), welche den Block hoher Wärmeleit­ fähigkeit durchläuft durch ein Röhrchen (4) geführt wird, welches in den Injektor (3) ragt.

5. Analysenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrchen (4) aus Messing besteht.

6. Analysenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Block hoher Wärmeleitfähigkeit (5) mit einem Isolatormaterial umgeben ist.

7. Analysenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolatormaterial ein Keramikband ist.

8. Analysenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Verbindungsteil (9) eine Splitleitung (11) abzweigt.

9. Block hoher Wärmeleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Bohrung zur Aufnahme eines Röhrchens (4) besitzt, das an einem Ende einen Hohlraum (6) zur Aufnahme einer Dichtung (7) sowie ein Innengewinde (8) aufweist.

10. Block hoher Wärmeleitfähigkeit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Ausfräsung (13) zur Aufnahme eines Pyro­ lysators (10) besitzt.

11. Block hoher Wärmeleitfähigkeit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Ausfräsung (12) zur Aufnahme eines In­ jektorkopfes besitzt.

12. Block hoher Wärmeleitfähigkeit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß er Gewinde (15a, b) besitzt, welche eine Befesti­ gung am Injektorkopf ermöglichen.